Bab VI Gaya
A. Besaran Gaya
Kamu tentu sering mendengar kata gaya. Apakah pengertian dari kata gaya yang sering kamu dengar tersebut? Samakah pengertian tersebut dengan gaya dalam Sains? Untuk mengetahui jawabannya, mari mempelajari tentang gaya!
1. Pengertian Gaya
Apakah yang disebut gaya? Untuk memahami pengertian gaya, mari perhatikan Gambar 6.1!
Dari Gambar 6.1a kamu dapat mengamati bahwa bola dapat bergerak karena menerima gaya berupa tendangan pemain sepak bola. Mobil pada Gambar 6.1b bergerak karena menerima gaya dari dorongan mesin mobil. Begitu juga halnya dengan sepeda pada Gambar 6.1c dapat bergerak karena menerima gaya jika dikayuh pedal sepedanya.
Dari contoh-contoh tersebut, dapatkah kamu menjelaskan pengertian gaya? Dalam Sains,gaya didefinisikan sebagai suatu tarikan atau suatu dorongan. Pengaruh gaya pada benda antara lain sebagai berikut.
a. Menyebabkan perubahan kecepatan gerak benda.
b. Menyebabkan benda diam menjadi bergerak dan sebaliknya. c. Mengubah arah gerak benda.
d. Mengubah bentuk suatu benda.
Dapatkah kamu menyebutkan jenis-jenis gaya? Gaya terdiri atas gaya sentuh dan gaya tak sentuh. Tahukah kamu, apakah gaya sentuh dan gaya tidak sentuh itu?
Gambar 6.1 a. Tendangan pemain bola menyebabkan bola bergerak. b. Dorongan mesin menyebabkan mobil bergerak. c. Kayuhan pedal menyebabkan sepeda dapat bergerak.
a b
Tugas 6.1
Latihan 6.1
Gaya sentuh adalah gaya yang bekerja pada suatu benda dengan melalui sentuhan pada permukaan benda tersebut. Contoh gaya sentuh antara lain seorang anak yang mendorong meja, seorang ibu yang mengangkat barang belanjaannya, seorang anak yang mengayuh sepeda, dan pemain basket yang melempar bola basket.
Pernahkah kamu melihat buah mangga yang jatuh dari tangkainya? Atau, pernahkah kamu mengamati besi yang ditarik magnet? Adakah gaya otot yang memengaruhi jatuhnya buah mangga dan tertariknya besi oleh magnet? Jika benda dapat bergerak tanpa dibantu oleh dorongan atau tarikan gaya otot, berarti benda itu bergerak oleh gaya tak sentuh.
Jadi, gaya tak sentuh dapat didefinisikan sebagai gaya yang
bekerja pada benda tanpa menyentuh benda tersebut.
Carilah contoh gaya sentuh dan gaya tak sentuh yang biasa terjadi di sekitarmu! Kemudian, bacakan hasilnya di depan kelas!
Tahukah kamu alat ukur apa yang digunakan untuk meng-ukur gaya? Gaya dapat dimeng-ukur dengan menggunakan neraca pegas atau dinamometer. Satuan gaya dalam SI adalah newton (disingkat N). Satuan ini dipakai untuk menghormati tokoh
Fisika Sir Isaac Newton. Satuan lain yang juga sering dipakai
adalah dyne, di mana 1 Newton setara dengan 100.000 dyne.
1. Jelaskan apa yang dimaksud dengan gaya!
2. Tuliskan empat perubahan yang dapat ditimbulkan oleh gaya yang bekerja pada suatu benda!
3. Apakah dimaksud dengan gaya sentuh? Berikan contohnya! 4. Apakah dimaksud dengan gaya tak sentuh? Berikan contohnya! 5. Alat ukur apa yang digunakan untuk mengukur gaya?
2. Resultan Gaya
Dalam Fisika, gaya termasuk besaran vektor. Artinya, gaya adalah suatu besaran yang memiliki besar dan juga arah. Oleh karena gaya termasuk besaran vektor, maka gaya dapat dilukiskan dengan diagram vektor yang berupa anak panah. Nah, bagaimanakah cara melukiskan gaya dengan menggunakan diagram panah?
Pernahkah kamu dan teman-temanmu mendorong meja secara bersama-sama?
Pada Gambar 6.2 dua orang anak berusaha mendorong meja pada arah yang sama. Jika anak pertama mengeluarkan gaya sebesar 15 N dan anak kedua mengeluarkan gaya sebesar 10 N, tahukah kamu besar resultan gaya yang dikeluarkan kedua anak tersebut? Besar resultan gaya yang dikeluarkan oleh kedua anak tersebut dapat dilukiskan dengan menggunakan diagram panah seperti pada Gambar 6.3.
Resultan gaya dari kedua gaya tersebut dapat dinyatakan dengan FR = F1 + F2= 15 N + 25 N = 40 N. Panjang anak panah menyatakan nilai atau besar gaya, sedangkan arah anak panah menyatakan arah gaya. Gaya yang mengarah ke kanan atau atas bernilai positif dan gaya yang mengarah ke kiri atau bawah bernilai negatif. Jadi, untuk melukiskan gaya digunakan aturan sebagai berikut.
a. Panjang anak panah melukiskan besarnya gaya. b. Arah anak panah merupakan arah gaya.
c. Pangkal anak panah merupakan titik tangkap gaya.
Contoh
Sebuah gaya F yang berarah ke kanan dan besarnya 8 N dilukiskan dengan diagram vektor yang panjangnya 4 satuan, seperti pada gambar berikut.
Lukiskan diagram vektor gaya-gaya berikut ini! a. F1 = 6 Newton ke kanan
b. F2 = 10 Newton ke kanan c. F3 = –4 Newton ke kiri Jawab:
Oleh karena gaya 8 N dilukiskan dengan panjang 4 satuan, maka gaya 1 N dapat dilukiskan dengan panjang 4 satuan 8 N
8 N × = 1
satuan 2
a. Karena F1 = 6 N, maka panjangnya 6 × 1
2 satuan = 3 satuan (berarah ke kanan)
b. Karena F2 = 10 N, maka panjangnya 10 × 1
2 satuan = 5 satuan (berarah ke kanan)
c. Karena F3 = –4 N, maka panjangnya (–4) ×1
2satuan = –2 satuan (berarah ke kiri)
Gambar 6.2 Dua orang anak men-dorong meja menghasil-kan gaya-gaya searah.
Gambar 6.3 Diagram panah resultan dua gaya searah (FR = F1 + F2).
Pernahkah kamu mengamati perlombaan tarik tambang?
Perhatikan Gambar 6.4! Pada perlombaan tarik tambang,
gaya-gaya yang bekerja pada tambang tersebut berlawanan arah.
Misalkan kelompok pertama pada Gambar 6.4 menarik
tambang ke arah kiri sebesar 75 N dan kelompok kedua menarik tambang ke arah kanan sebesar 90 N. Tahukah kamu, berapa besar resultan yang dihasilkan oleh dua kelompok tersebut pada
tambang? Perhatikan Gambar 6.5!
Dari Gambar 6.5, resultan gaya kedua vektor itu dapat
dinyatakan dengan FR = F1 + F2= (–75) N + 90 N = 15 N. Oleh
karena gaya yang dihasilkan kelompok kedua lebih besar daripada gaya yang dihasilkan kelompok pertama, maka resultan gaya yang bekerja pada tambang adalah 15 N ke arah kanan.
Oleh karena itu dapat disimpulkan bahwa resultan gaya adalah perpaduan dua buah gaya atau lebih yang dihasilkan suatu benda menjadi satu gaya. Secara matematis, resultan gaya dapat dinyatakan sebagai berikut.
FR = F1 + F2 ... (6.1)
Contoh
1. Andi dan Budi bersama-sama mendorong sebuah gerobak ke arah kanan. Jika Andi mengeluarkan gaya sebesar 25 N dan Budi mengeluarkan gaya sebesar 35 N, berapakah resultan gaya yang dikeluarkan Andi dan Budi?
Jawab:
Diketahui: FAndi= 25 N
FBudi= 35 N
FR = .... ?
Oleh karena FAndi dan FBudi searah, maka
FR = FAndi + FBudi
= 25 N + 35 N = 60 N
2. Anton mendorong meja ke arah kanan dengan gaya 18 N dan Yudi mendorong meja yang sama ke arah kiri dengan gaya 22 N. Tentukanlah resultan dan arah gayanya!
Jawab:
Diketahui: FAnton= 18 N (ke kanan)
FYudi = –22 N (ke kiri)
FR = .... ?
Gambar 6.4 Lomba tarik tambang menghasilkan gaya-gaya yang berlawanan arah.
Latihan 6.2
Resultan gayanya adalah:
FR = FAnton + FYudi = 18 N + (–22)N = –4 N
Tanda negatif (–) menyatakan arahnya ke kiri. Jadi, FR = 4 N dengan arah ke kiri (karena FYudi lebih besar dari FAnton). Dapatkah gaya-gaya berada dalam keadaan setimbang? Suatu benda dikatakan setimbang jika benda berada dalam keadaan stabil. Secara umum, kesetimbangan adalah keadaan ketika resultan gaya yang bekerja pada sebuah benda sama dengan nol. Benda yang berada dalam keadaan setimbang tidak mengalami perubahan gerak. Secara matematis, persamaan gaya setimbang dinyatakan sebagai berikut.
FR = F1 + F2 = 0 ... (6.2)
1. Sebuah gaya F yang berarah ke kanan dan besarnya 20 N dilukiskan dengan diagram vektor yang panjangnya 4 cm. Lukiskan diagram vektor gaya-gaya berikut ini!
a. F1 = 25 Newton ke kanan b. F2 = 15 Newton ke kanan c. F3 = 30 Newton ke kiri d. F4 = 10 Newton ke kiri
2. Diketahui gaya F1 = 4 N ke kanan, gaya F2 = 6 N ke kiri, F3 = 8 N ke kanan, dan
F4 = 5 N ke kiri. Tentukanlah besar dan arah resultan gaya berikut! a. F1 + F2
b. F3 + F4
c. F1 + F2 + F3
d. F2 + F3 + F4
3. Gaya setimbang dapat terjadi pada dua buah gaya yang berlawanan. Nah, jika dua buah gaya tersebut searah, mungkinkah terjadi kesetimbangan? Jelaskan!
4. Pada sebuah benda bekerja gaya-gaya sebagai berikut.
F1 = 8 N (ke bawah) F3 = 13 N (ke kiri)
F2 = 9 N (ke atas) F4 = 14 N (ke kanan) a. Tentukanlah besar dan arah resultan gayanya! b. Apakah benda berada dalam keadaan setimbang?
5. Diketahui gaya F1 = 12 N ke kanan, gaya F2 = 8 N ke kiri, F3 = 6 N ke kanan, dan
F4 = 10 N.
a. Dengan mengambil skala 2 N dilukiskan dengan panjang 1 cm, lukislah vektor-vektor gaya F1, F2, F3, danF4!
b. Tentukan besar dan arah resultan gaya dari: 1) F1 + F2 + F3
